1 Введение 11
2 Обзор электроприводов для запорной арматуры 16
3 Магнитно-гистерезисные муфты 19
3.1 Назначение и области применения 19
3.2 Конструкции 21
3.3 Активные материалы 24
4 Расчет параметров магнитно-гистерезисной муфты 28
4.1 Параметры материалов и коэффициенты использования 29
4.2 Определение геометрии гистерезисной муфты 31
4.2.1 Основное расчетное уравнение 31
4.2.2 Геометрия индуктора 33
4.2.3 Геометрия гистерезисного слоя 34
4.4 Уточнение коэффициентов использования материалов 40
4.4.1 Коэффициент использования постоянного магнита 40
4.4.2 Коэффициент использования гистерезисного материала 41
4.5 Поверочный расчет 42
5 Анализ технических характеристик 44
6 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 50
6.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности
проведения научных исследований 50
6.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 50
6.1.2 Анализ конкурентных технических решений 52
6.1.3 SWOT-анализ 54
6.2 Определение возможных альтернатив проведение научных
исследований 54
6.3 Планирование научно-исследовательских работ 57
6.3.1 Структура работ в рамках научного исследования 57
6.3.2 Бюджет научного исследования 59
6.3.3 Бюджет научного исследования 61
6.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования 66
7 Социальная ответственность 70
7.1 Техногенная безопасность 70
7.1.1 Вредные факторы производственной среды 70
7.1.2 Опасные факторы производственной среды 72
7.2 Региональная безопасность 76
7.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 70
8 Технология производства электрических аппаратов 78
8.1 Анализ конструкции магнитно-гистерезисной муфты на
технологичность 78
8.2 Составление схемы сборки и маршрутной технологии 80
8.3 Выбор оборудования 81
8.4 Расчет норм времени 83
8.5 Расчет количества оборудования 85
9 Заключение 87
Литература 89
Список публикаций 93
Приложение А. ФЮРА.303580.002 Схема сборки гистерезисной муфты 94
Приложение Б. ФЮРА.303580.003 График загрузки оборудования 95 Приложение В. ФЮРА.303580.004 Схема замещения
магнитной цепи 96
Приложение Г. ФЮРА.303580.001 Гистерезисная муфта.
Сборочный чертеж 97
Приложение Д. Комплект маршрутной документации 98

Купить

В настоящее время большой интерес со стороны конструкторских групп и разработчиков вызывает применение магнито-твердых материалов в проектировании электрических машин и аппаратов. Ввиду развития технологии производства и появления новых материалов с высокими энергетическими характеристиками приобретает актуальность ряд решений, имевших ранее довольно узкую специализацию. В частности, новый вектор развития могут получить и магнитно-гистерезисные муфты для трубопроводной арматуры.
Трубопроводную арматуру принято классифицировать по функциональному назначению на несколько классов: запорную, служащую для перекрытия, регулирующую, предназначенную для регулирования состояния среды, распределительную и т.д. Запорная арматура является наиболее применяемым классом, так как одним из методов транспортировки сред является последовательная перекачка, что требует наличие задвижек в большом количестве.
Арматуру классифицируют в зависимости от конструкции привода затвора. Основное разделение по конструкциям происходит на вентили, задвижки, клапаны и краны. Распространенным типов являются задвижки, вследствие ряда достоинств, таких как простота конструкции, малые габариты и малое гидравлическое сопротивление. Недостатком является сильное трение, сказывающееся на быстром износе деталей, и на времени открытия и закрытия, что следует учитывать при проектировании системы управления.
Задвижки различаются в конструкции запорного органа на два основных класса: клиновые и параллельные. Параллельные задвижки используются тогда, когда не требуется полного герметичного перекрытия и среда может содержать примеси. Клиновая задвижка состоит из клинового затвора и уплотнительных поверхностей, расположенных к друг другу под углом. При этом требования к параметрам эксплуатации клиновых задвижек перекрывают требования к задвижкам всех остальных типов [21]. В связи с этим в работе будет рассматриваться задвижка клинового типа. Показателем качества всей системы является герметичность, которая препятствует прохождению среды в закрытом состоянии и обеспечивается соединением поверхностей клина и уплотнительными кольцами корпуса.
К процессу закрытия и открытия арматуры предъявляются определенные требования, нарушение которых может привести к некорректному функционированию объекта, и, в конечном итоге, к отказу всей системы в целом. Для надежной и длительной работы арматуры необходимо соблюдать требования, предъявляемые к приводам:
1. Величина момента, создаваемая приводом, не должна превышать пределов, заданных производителем задвижки, чтобы не происходила деформация внутренних поверхностей с дальнейшей потерей герметичности. Но при этом требуется соблюдать узкий предписываемый диапазон значений, не допуская образования щелей между задвижкой и трубопроводом. Идеальным результатом является мягкая механическая характеристика, представленная на рисунке 1, для обеспечения максимальной производительности и ограничением по моменту и скорости.
2. Открывание и закрывание затвора должно производиться быстро, с постоянной скоростью, но без возникновения гидроударов.
3. Привод должен быть экономичным, а значит энергетически эффективным. Для оценки используется параметр КПД.
4. Выполнение требований по взрывозащите, пожаробезопасности, и технике безопасности, по стойкости к различного вида механическим и температурным воздействиям.
Разработки в области электропривода запорной арматуры ведутся давно, при этом основной целью является уменьшение потребления энергии, увеличение производительности и создание быстрых, адаптивных и оптимальных режимов работы. В состав электропривода входят как правило, электродвигатель, блок управления и редуктор. Подавляющее большинство исследований проводятся в области управления асинхронными двигателями, являющимися одними из самых распространенных, например работы по микропроцессорному управлению [16, 17]. Решением является спроектированная система управления электродвигателем с учетом особенностей работы (ударный момент, работа на упор и т. д), которая позволяет включать некоторые индивидуальные требования от заказчика. Преимуществом является использованием одного процессора для выполнения ряда задач, саморегулирование при изменении момента нагрузки, исключение затяжных переходных процессов, реагирование при возникновении аварийных ситуаций. Недостатком являются ограничения по эксплуатации полупроводниковых элементов.
Применение другого типа двигателей, например, вентильных двигателей с возбуждением от высокоэнергетических постоянных магнитов Nd-Fe- В в настоящее время являются перспективными исследованиями [21]. Так, данный тип двигателя обладает конструктивными и эксплуатационными преимуществами, такими как отсутствие скользящих электрических контактов по сравнению с двигателями постоянного тока, большая перегрузочная способность, высокие энергетические показатели. Ряд работ направлен на создание интеллектуальных систем для вентильных двигателей [32, 33, 14]. Недостатком является общая стоимость комплекса из-за дорогих материалов для изготовления и технологий, а также повышенная сложности управления двигателем.
Кроме замены на синхронный вентильный электропривод, возможен вариант с высокоскоростным синхронно-гистерезисным двигателем, так как достоинствами являются наличие пускового момента и плавный вход в синхронизм, независимость частоты вращения ротора от напряжения в сети и другие. Но применение такого типа двигателя в запорной арматуре крайне не развито, а стоимость соизмерима со стоимостью вентильного двигателя.
Для создания необходимых механических характеристик возможно применить магнитно-гистерезисную муфту между двигателем и редуктором для исключения сложных систем управления приводом. Магнитно-гистерезисная муфта способна осуществлять передачу постоянного момента независимо от скорости вращения ведущего вала — в случае достижения максимального момента муфта остановится и не деформирует внутренние поверхности задвижки. Развитие гистерезисных материалов расширяет перспективы применения муфт в более мощных по требуемому моменту системах. Возможность упрощения системы электропривода запорной арматуры является актуальностью данной темы, определяет цели и задачи исследования.
Целью работы является анализ технических характеристик магнитногистерезисной муфты типа «звездочка» для улучшения системы регулирования запорной арматуры.
Для реализации данной цели необходимо было решить ряд задач:
1. Рассмотреть требования, предъявляемые к электроприводам запорной арматуры.
2. Выполнить обзор существующих материалов для изготовления гистерезисной муфты.
3. Выполнить автоматизацию методики расчета параметров гистерезисной муфты.
4. Проанализировать технические характеристики, которые возможно получнтъ для определения оптимального варианта параметров, удовлетворяющих требованиям к запорной арматуре.
Объектом исследования является магнитно-гистерезисная муфта. Предметом исследования становится технические характеристики и показатели муфты.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
1. Разработана автоматизированная методика расчета параметров магнитногистерезисной муфты с индуктором типа «звездочка».
2. Определены технические характеристики конструкции для диапазона моментов существующих электродвигателей.
Купить